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近日，美國(guó)東北大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種新的方法可以為早產(chǎn)的嬰兒或其它重要的醫(yī)療設(shè)備3D打印定制導(dǎo)管。在美國(guó)，每年幾乎有50萬(wàn)嬰兒過(guò)早出生。這些嬰兒需要有力的醫(yī)療救護(hù)，以確保他們的生存和健康，而導(dǎo)管在這種援助中發(fā)揮著極其重要的作用。薄薄的塑膠管，需要連接到寶寶的鼻子、嘴巴或靜脈上，以幫助提供必要的氧氣、營(yíng)養(yǎng)、流體和藥物。
盡管它們的作用非常重要，但是我們平常使用的導(dǎo)管卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上完美。這些導(dǎo)管往往具有標(biāo)準(zhǔn)的形狀和大小，而非根據(jù)每個(gè)病人的獨(dú)特身體結(jié)構(gòu)來(lái)量身定做。這意味著，由于各種生理方面的原因，它并不能切合滿足每個(gè)早產(chǎn)嬰兒的需要。美國(guó)東北大學(xué)的研究者們認(rèn)識(shí)到了這個(gè)問(wèn)題，并設(shè)法借助3D打印來(lái)彌補(bǔ)它。
“在新生兒護(hù)理中，每個(gè)寶寶是不同的，因此有各自不同的問(wèn)題。”該校機(jī)械和工業(yè)工程系副教授Randall Erb解釋說(shuō)。“如果你可以根據(jù)個(gè)別病人的特定3D打印出特定幾何形狀的導(dǎo)管，就可以將其插入到某一關(guān)鍵點(diǎn)，避免穿刺靜脈，并加快藥物的輸送。”
由Erb和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)的這種3D打印技術(shù)使用了一種復(fù)合材料(混合了塑料和陶瓷)，并借助磁場(chǎng)來(lái)幫助產(chǎn)品成型。這種3D打印的導(dǎo)管，以及其他醫(yī)療設(shè)備，與傳統(tǒng)的同類產(chǎn)品相比，強(qiáng)度更高、重量更輕，在加上能夠量身定制，對(duì)于每個(gè)病人來(lái)說(shuō)都非常完美。
研究人員們開發(fā)的這種新的3D打印技術(shù)最獨(dú)特、最具革命的部分是它能夠使用磁鐵精確地安排陶瓷纖維，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于材料力學(xué)性能的總體控制。而這種對(duì)于陶瓷纖維分布的精細(xì)控制能夠帶來(lái)巨大優(yōu)勢(shì)：每個(gè)拐角、曲線和材料孔都能夠充分持久地實(shí)現(xiàn)其精確的醫(yī)療功能。通過(guò)精確控制微小的陶瓷纖維，醫(yī)務(wù)人員可以確保材料盡可能地輕、無(wú)創(chuàng)性，同時(shí)確保其耐久性。
“我們正在遵循大自然的指引”博士生Joshua Martin解釋說(shuō)，他曾經(jīng)幫助設(shè)計(jì)和制作了這個(gè)論文中的許多實(shí)驗(yàn)。“將許多非常簡(jiǎn)單的構(gòu)建塊一特殊的方式組織起來(lái)真的能夠獲得讓人印象深刻的力學(xué)性能結(jié)果。”
這種獨(dú)特的3D打印法使用磁鐵使每個(gè)微小的陶瓷纖維按照某一個(gè)與打印對(duì)象幾何特征一致的方向?qū)R。這種陶瓷纖維材料是通過(guò)磁鐵和氧化鐵來(lái)操縱的。研究人員一開始通過(guò)為這些陶瓷纖維敷上輕微的氧化鐵來(lái)對(duì)其進(jìn)行磁化。這種工藝早已被FDA批準(zhǔn)可以用于醫(yī)療目的。然后再根據(jù)需要將超低磁場(chǎng)施加到該復(fù)合材料的某一特定位置，Erb稱這一過(guò)程既簡(jiǎn)單又安全。
而其產(chǎn)品最后使用一種名為立體光刻(stereolithography，即SLA)的3D打印技術(shù)打印成型，實(shí)際上這是一種很常見的光固化技術(shù)。
Martin說(shuō)：“我相信我們的研究在材料科學(xué)研究中打開一個(gè)新的前沿。在很長(zhǎng)的時(shí)間里，研究人員們一直在試圖設(shè)計(jì)更好的材料，但理論和實(shí)驗(yàn)之間的鴻溝一直存在。通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，我們終于能夠觸及我們一直在理論上確定的特定纖維結(jié)構(gòu)能夠?qū)е铝W(xué)性能的改善這一領(lǐng)域了，未來(lái)我們還可以在此基礎(chǔ)上生成復(fù)雜的體系結(jié)構(gòu)。”
Erb及其團(tuán)隊(duì)的這篇論文被發(fā)表在10月23日一期的《Nature Communications》上。
